株选与穗选是玉米品种选育的基础环节。从1950s年代到2010s年代,我国玉米品种更替过程中,植株和穗部形态特征所发生的改变对玉米产量提高有着重要贡献。在过去的七个年代,从1950s年代到2000s年代穗高和穗位高呈小幅上升趋势,2010s年代出现下降;而穗位系数和穗下节间长呈明显下降趋势。玉米叶片变得更加直立,尤其是果穗上部的叶片,单株叶面积显著增加。1950s年代至2000s年代,叶向值增加到2010s年代出现下降趋势;雄穗的大小和抽雄与吐丝间隔天数都显著减少。相同栽培条件下,果穗直径、粒数和粒重从1950s年代到2000s年代呈上升趋势,2010s年代出现下降。我们发现,现代玉米品种具有较低的株高、穗位高和穗位系数增强了玉米的抗倒伏能力;具有直立的叶片特征提高了玉米的耐密性;具有较小的果穗及籽粒有利于灌浆后期快速脱水。建议把这些形态特征的选择标准作为未来适宜于机械化作业玉米品种选育的重点参考依据。
玉米收获时籽粒含水率高是中国东北高纬度地区玉米生产面临的重要问题,这与品种熟期、区域气候条件以及栽培管理技术密切相关。延迟至冬季收获不能有效降低籽粒含水率以解决上述问题。2016至2017年,在黑龙江省大庆市试验点,连续观测了不同成熟型玉米品种生理成熟后籽粒田间干燥情况。采用两段线性模型对籽粒含水率与外界气象因子进行了阶段性分析。1)两段线性模型可以将各品种的籽粒干燥过程划分为两个不同斜率的单独线性干燥过程,且拟合精度良好。2)快速干燥阶段,温度越高,干燥速度越快。而大气水汽压条件对慢速干燥过程的速率有影响。3)干燥速率由快速干燥阶段转为慢速干燥阶段时的籽粒含水率以及气象因子在品种和年份之间不一致,这两者并非是干燥速率明显变化的关键因素。但霜冻后,气温<0℃会显著降低籽粒干燥速率。4)早熟品种生育期短,干燥时间得以延长,籽粒含水率显著低于中晚熟品种。由于气温下降迅速,籽粒的干燥速率显著降低,中晚熟品种难以在田间干燥至较低的含水率水平。因此,更换早熟品种并实施相应的栽培技术是解决高含水率问题的可行途径。
玉米机械粒收破碎率高是影响粒收质量的重要因素,本试验利用研磨法测试玉米子粒破碎对水分的敏感性,探寻玉米子粒破碎率最低的含水率,并对品种耐破碎性进行评价。在北京和新乡两个试点分不同播期种植17个玉米品种,系统测试子粒水分动态变化,并利用研磨法同步进行子粒破碎率测试,分析破碎率与含水率的相关关系。北京试点和新乡试点及两地总体样本子粒含水率 (x) 与破碎率 (y) 关系均符合二次曲线 (y=ax2+bx+c) 关系,其中,两地512个样本拟合方程为y=0.0796x2-3.3929x+78.779(R2=0.2646,n=512) ,由方程拟合可见,最低破碎值为42.62%,对应的子粒含水率为21.31%;设置90%的置信区间,子粒破碎率最低的含水率范围为19.7%-22.3%,与田间机械粒收最低破碎率出现的含水率值一致。以破碎率值最低点为界发现,在低含水率条件下,破碎率与含水率呈显著线性负相关;在高含水率条件下,破碎率与含水率呈显著线性正相关;由拟合曲线(y=ax+b)斜率和相关度可见,在子粒高含水率条件下,子粒破碎对水分的敏感性更强,相关度更高。利用各品种子粒破碎率与含水率二次曲线的积分值评价不同品种子粒破碎敏感性评价方法,在北京试点筛选出耐破碎性强的品种为郑单958和丰垦139,易破碎品种包括联创825、吉单66、利单295和京农科728;在新乡试点筛选出耐破碎品种为禾田1号、郑单958和丰垦139,易破碎品种包括泽玉8911、迪卡653和京农科728。两地共用的6个品种分类结果基本一致。以上结果表明,研磨法是一种稳定性较高的检测方法,可以用于品种破碎对水分敏感性和耐破碎性评价,为耐破碎玉米品种的选育与筛选提供支持。
玉米田间籽粒收获相对于穗收能够节省后续运输、晾晒和脱粒等环节的人工成本,然而粒收后籽粒含水率出现升高的现象,降低了籽粒品质。为明确收获前后籽粒含水率差异的原因,本研究利用黄淮海平原多年多点玉米粒收试验以及在籽粒不同含水率阶段的分期收获试验,观测收获前、后籽粒含水率,破碎率,杂质率以及植株各器官含水率。在多年多点试验中,411组测试样本表明,粒收作业后籽粒含水率较收获前含水率值平均高出2.2%。分期收获试验结果表明,当收前籽粒含水率低于23.9%时,收获前、后测试结果没有显著差异,而当收前含水率高于23.9%后,收获后籽粒含水率测试值显著升高;收获后籽粒含水率增加值与收前籽粒含水率、破碎率、杂质率呈极显著正相关。通常,黄淮海夏玉米区收获期植株成熟度低、籽粒含水率高,造成较多的破碎和杂质,进而导致收获后籽粒含水率测试值升高。因此,我们建议选择生育后期植株落黄快的品种,并适当延迟收获期,降低收前籽粒含水率,从而降低破碎率和杂质率,提高收获后籽粒品质,推动中国玉米粒收发展。
目前缺水已成为制约作物产量进一步提高的主要因素,如何提高水资源利用效率(WUE)已成为我国农业亟待解决的问题。为研究玉米产量和水分利用效率对气象因素及群体变化的响应,我们在全国25个试验点安排了不同玉米群体的多点试验,不同的玉米群体由不同株型玉米品种(紧凑型和半紧凑型)和不同种植密度(30000株/ha、60000株/ha和90000株/ha)构成。研究发现:随着降雨量的增加,玉米产量呈现先增加后降低的趋势,水分利用效率随着降雨量的增加显著降低,60000株/ha种植密度的产量和WUE>90000株/ha>30000株/ha。通过分析WUE与主要气象因子的关系发现:水分利用效率与在各生育阶段(播种-吐丝、吐丝-成熟/收获、播种-成熟/收获和全年)的降水量(和R)呈显著负相关,与温度(Tm、TM–m和GDD)、太阳辐射(Ra)呈正相关。为了研究不同玉米群体的水分蒸散特征,我们进一步安排了不同玉米群体的定点试验,研究发现:随着玉米群体的增大,玉米需水量显著增加,而土壤蒸发量显著减少。不同株型品种间及不同种植密度间玉米需水量和土壤蒸发量也存在显著差异。分析品种和种植密度对WUE的影响发现:选择抗旱杂交品种和适宜种植密度WUE分别提高21.70%和14.92%,表明选用抗旱杂交种比改变种植密度对WUE的提高作用更显著。综合考虑气象影响,采用ZD958等抗旱品种和60000株/ha的种植密度是提高我国北部玉米产量和WUE的有效途径。
本研究2017年和2018年的种植密度为12.0×104 株 ha-1,在施氮量为0-450 kg ha-1范围内设置4种不同氮肥处理;2019年种植密度分别为7.5×104和12.0×104 株 ha-1,在施氮量为0-765 kg ha-1范围内设置18种不同氮肥处理。通过测定不同处理下玉米生育期、绿叶的叶面积指数(LAI)、籽粒含水量和籽粒脱水率指标,阐明施氮量对玉米籽粒含水量的影响。结果表明,施氮量从0增加到765 kg ha-1,玉米吐丝期推迟约1天,成熟期推迟约1-2天。在生理成熟期和生理成熟期后,不同施氮量处理下籽粒含水量极差为1.9-4.0%。随着施氮量的增加,生理成熟后玉米籽粒的脱水率降低,但施氮量与籽粒脱水率之间没有统计学意义。生理成熟期叶面积指数与生理成熟后籽粒脱水速率之间无显著相关性。总之,施氮对玉米生理成熟期和成熟后籽粒含水量均有影响,但不同施氮量对籽粒含水量的影响较小。以上结果表明,在生产中不需要考虑施氮对玉米籽粒含水量的影响。